Aluminium (Al)
Eigenschaften
Das reine Leichtmetall Aluminium hat aufgrund einer sich sehr schnell an der Luft bildenden dünnen Oxidschicht ein silbergraues Aussehen. Die undurchdringliche Oxidschicht macht reines Aluminium sehr korrosionsbeständig. Durch elektrische Oxidation oder auf chemischem Weg kann die schützende Oxidschicht verstärkt werden. Aluminium ist ein relativ weiches, zähes Metall. Es ist dehnbar und kann durch Auswalzen zu dünner Folie verarbeitet werden (Alufolie). Es lässt sich auch bei niedrigen Temperaturen gut gießen und verformen. Aluminium ist ein guter elektrischer Leiter. Bei einer Sprungtemperatur von 1,8 K wird Aluminium supraleitend.
Geschichte
Sir Humphry Davy entdeckte und beschrieb 1808 das Aluminium. Erst 1825 gelang es dem Dänen Hans Christian Ørsted Aluminium, das in der Natur nicht in gediegener Form vorkommt, synthetisch herzustellen, allerdings in sehr verunreinigter Form. Die Herstellung von reinem Aluminium in Pulverform gelang 1827 dem deutschen Chemiker Friedrich Wöhler. Zu jener Zeit war der Preis von Aluminium höher als der von Gold. Napoleon speiste mit einem Besteck aus Aluminium, während seine Freunde sich mit Goldbestecken begnügen mussten.
Vorkommen
Aluminium ist das Metall, welches in der Erdkruste am häufigsten vorkommt. Es tritt allerdings nicht gediegen auf, sondern nur in chemischen Verbindungen. Eine wirtschaftliche Gewinnung von Aluminium ist nur aus Bauxit möglich. Bauxit enthält ca. 60 Prozent Aluminiumoxid (Al2O3), ca. 30 Prozent Eisenoxid (Fe2O3), Siliziumoxid (SiO2) und Wasser. Bauxitvorkommen befinden sich in Südfrankreich, Ungarn, Russland, Indien, Australien und USA.
Gewinnung
Technisch gelingt die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumoxid, welches durch das Bayer-Verfahren gewonnen wird. Aluminiumoxid wird mit Kryolith geschmolzen und elektrolysiert. Dabei entsteht an der Kathode Aluminium und an der Anode Sauerstoff. Kryolith wird zugesetzt, um den Schmelzpunkt herabzusetzen. Die Graphitblöcke, die die Anode bilden, verbrennen und werden von Zeit zu Zeit ersetzt. Dieser Prozess ist wegen der hohen Bindungsenergie des Aluminiums sehr energieaufwändig. Der Energieaufwand beträgt etwa 13–16 kWh/kg. Mit der Energiemenge für die Herstellung einer Tonne Aluminium könnte man ein Einfamilienhaus 2 Jahre lang versorgen. Das Metall Aluminium kann großtechnisch prinzipiell nur auf elektrochemischem Weg aus mineralischen Rohstoffen hergestellt werden.
Verwendung
Wegen der geringen Dichte von Aluminium wird dieses Metall gerne dort verwendet, wo Masse bewegt werden muss, vor allem in der Verpackungsindustrie und der Luft- und Raumfahrt. Aus diesem Grund gewinnt der Werkstoff Aluminium auch im Fahrzeugbau zunehmend an Bedeutung; Kraftfahrzeughersteller nutzen den Werbeeffekt des Werkstoffes.
In Legierungen mit Magnesium, Silizium und anderen Metallen werden Festigkeiten in Strangpressprofilen erreicht, die denen von unlegiertem Stahl nur wenig nachstehen. Daher ist die Verwendung von Aluminium für die Gewichtsreduzierung sehr beliebt. Insbesondere im Flugzeugbau und in der Weltraumtechnik ist Aluminium der Werkstoff der Wahl. Aluminium wird in Überlandleitungen als Leitungsmaterial verwendet - die geringe Dichte ist hier ausschlaggebend. Kupferleitungen mit der gleichen Leitfähigkeit hätten zwar einen geringeren Querschnitt, aber eine höhere Masse.
• Wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit wird Aluminium als Werkstoff für Wärmetauscher (Kühler) und Kühlrippen verwendet.
• Im Haushalt trifft man Aluminium in Form von Getränkedosen und Aluminiumfolie an, zuweilen auch als Campinggeschirr.
• In der Lebensmittel Herstellung findet es Verwendung als Lebensmittelfarbe (E 173).
• In Pulverform ist es vor allem aufgrund seiner großen Oberfläche sehr reaktiv. So reagiert Aluminium mit Wasser unter Abgabe von Wasserstoff zu Aluminiumoxid. Mischungen aus Aluminiumstaub und Luft sind stark explosiv. In der Luft- und Raumfahrttechnik wird Aluminium deswegen auch als Bestandteil des Treibstoffs in Feststoffraketen verwendet.
Verbindungen
• Aluminiumoxid, auch als Tonerde oder Korund bekannt, liegt als weißes Pulver oder in Form sehr harter Kristalle vor und wird als Schleif- oder Poliermittel verwendet.
• Bei der Aluminothermie wird Aluminium zur Gewinnung anderer Metalle und Halbmetalle verwendet.
• Aluminiumoxynitrid ist ein transparenter keramischer Werkstoff.
Unter besonderen Bedingungen tritt Aluminium auch einwertig auf. Diese Verbindungen benutzt man zur Gewinnung von hochreinem Aluminium.

Aluminium im täglichen Leben
Aluminium ist eines der wenigen reichlich vorhandenen Elemente, die anscheinend von Lebewesen nicht genutzt werden. Der Grund könnte darin liegen, dass Aluminium ursprünglich im Meerwasser in gelöster Form fast überhaupt nicht vorhanden war und somit von dem sich entwickelnden Leben nicht genutzt werden konnte. Das Leben hat gelernt, ohne Aluminium auszukommen. Erst im Laufe der Jahrmilliarden wurde Aluminium allmählich durch Flüsse im Meer angereichert, obwohl auch heute noch die Konzentration im Meer sehr gering ist. Für diese These spricht auch, dass die Aluminiumkonzentration im Flusswasser wesentlich höher liegt als im Meerwasser.
Aluminium wird durch zunehmende Säurebelastung der Böden von den Pflanzen vermehrt aufgenommen. Wir bekommen mit der Nahrung täglich im Durchschnitt 25 mg Aluminium. Wenn Speisen nun noch im Aluminiumgeschirr zubereitet (saure Lebensmittel lösen Aluminium!) und in Alufolie aufbewahrt werden, kann sich die Aufnahme um das zwei- bis dreifache erhöhen.
Aluminium ist in Backpulver, Schmelzkäse sowie sauer eingelegten Gemüsekonserven, in Kaffeeweißern, Salz und Gewürzen enthalten. Aluminiumverbindungen finden sich außerdem in Körperpflegemitteln (mineralischer Sonnenschutz, Deo, Zahnpasta), in Medikamenten gegen Magenübersäuerung und Durchfallmitteln.
Es besteht der Verdacht, dass Aluminium Brustkrebs fördern könnte.
Einige Prozent der Bevölkerung reagieren auf Aluminium stark allergisch — sie erleiden Ausschläge in jeder möglichen Form, Verdauungsstörungen und Unfähigkeit, Nährstoffe aus der Nahrung aufzunehmen, die in Aluminiumtöpfen gekocht wurde, oder Erbrechen und anderen Vergiftungserscheinungen durch Einnehmen aluminiumhaltiger Medikamente.
Ökologie
Hinsichtlich der Umweltbelastung ist die gute Recyclierbarkeit von Aluminium hervorzuheben, obwohl die Aluminiumlegierungen streng getrennt werden müssen und das Schmelzen von Aluminium sehr viel Energie erfordert. Außerdem wird durch Leichtbau mit Aluminiumwerkstoffen (beispielsweise Aluminiumschaum, Strangpressprofile) Masse von beweglichen Teilen und Fahrzeugen gespart, was zur Einsparungen bei Treibstoffen führt. Andererseits wird für die Elektrolyse von Aluminium sehr viel elektrische Energie benötigt.